方案概述

方案介绍：

NUD4001是安森美半导体 (ON Semi) 开发的低成本、低电压，大电流线性LED 灯驱动器，只需一个电阻即可设置所需要的恒定驱动电流，其最大值可达 500mA，器件的最大输入电压为 30V，适合驱动 1-7 个大电流的 LED 灯。本设计方案应用 NUD4001 驱动 3 个 1W 大电流 LED 等，电路极其简单。

优势：

Vin = 12VDC 或 9VACIout = 350mA， 驱动 3 个 1W LED 灯

应用领域：

工业现场总线电源驱动的小型局部照明灯，带有后备电池的应急灯，汽车中的转向灯、尾灯、车内照明灯。

示意图：

NUD4001是安森美公司的线性大功率LED恒流驱动芯片，它的输入电压最大可达30Ｖ，输出最大电流可达500ｍＡ，静电防护电压可达1000Ｖ。NUD4001的内部结构如图1所示，它通过连接在第1引脚和第3引脚之间的电阻Ｒext来设置输出电流的大小。输出电流Ｉout＝0.7/Ｒext，从芯片的５~８引脚同时输出。芯片的第２引脚为扩流用。该芯片外围需的元件非常少，特别适用于手持设备、汽车照明及电路所需空间紧凑的场合。

图1 NUD4001芯片内部结构

1、恒流驱动电路设计

NUD4001的恒流驱动电路如图2所示，12V的直流电源通过芯片和扩流电路驱动３个标称功率为2Ｗ 的大功率LED，驱动电流为600ｍＡ。图中Ｒ4连接NUD4001的Ｖin和Ｒext端，用于设置芯片的输出驱动电流。根据芯片说明Ｒ4＝0.7（Ｖ）÷0.6（Ａ）＝1.17Ω，这里取1.2Ω。由于 NUD4001最大输出电流为500ｍＡ，因此需要增加扩流电路来增大输出电流。D1、Q2和电阻Ｒ3组成了扩流电路。此时NUD4001芯片作为控制器控制流过大功率三极管TIP32的电流。二极管D1和电阻R3用于提供三极管的基极电流，二极管D1上的压降使了三极管的基极和发射极之间有足够大的导通电压，保证三极管工作在导通状态。三极管工作时，将承担绝大部分的LED驱动电流，需要安装散热片。Q1为NPN二极管2N2222，用于驱动电路的PWM调光。当PWM信号输入为高电平时，二极管Q1导通，NUD4001的接地端连接到地，芯片正常工作，向LED输出驱动电流；当PWM信号为低电平时，Q1截止，NUD4001的GND端连接到高电平，芯片停止工作LED的驱动电流被关断。通过调整PWM 信号单位周期内的导通时间，即调整占空比就可以控制LED的平均驱动电流了。电阻R5连接LED的输入与地之间，他的作用是，当LED迅速关断时，让电路中电容的电荷从R5迅速放电，避免了LED关断后的余辉效应，使PWM 的调光更准确。

图2  NUD4001恒流驱动电路

2、PWM波形发生电路

PWM波形发生电路如图3所示。采用常用的定时芯片NE555和外围电路连接成多谐振荡器。电阻R6、R7和电容C3组成RC充放电回路，电容C3的电压在NE555的２个内部比较器的基准电平之间反复振荡。从NE555的第３引脚输出高低电平的方波。由于RC充放电回路中分别接入了2个二极管D2和D3，使得RC充放电电流分别流过不同的路径。通过调节电位器R7的阻值，就可以同时调整电容C3的充、放电时间常数，从而调整NE555输出方波的高电平和低电平时长，即调整波形的占空比。由于电容C3充放电电流过的电阻总阻值不变，因此电路充放电的总时间长度不变，即输出方波的周期不变，为T＝（R6＋R7）C3ln2。

PWM波形频率的选取需要折中考虑２个方面，如果频率太低，则人眼会感觉到LED灯光的闪烁，频率至少要大于50Hz；若频率太高，则会对电路产生额外的EMI干扰。这里选取R6＝1KΩ，R7＝50KΩ，电容C3＝0.1μF，NE555输出的 PWM信号频率为ｆ＝1/（R6＋R7）C3ln2＝9Hz。满足上述要求。

图3 PWM波形发生电路

3、实验测量

当LED点亮，输出100％的电流时，测量得：电源输入电压为直流12Ｖ，输入电流为773ｍＡ，3个并联的LED电压为10.41Ｖ，流过LED的电流为636ｍＡ。驱动电路自身功耗约为：12×0.773-10.41×0.636＝2.6Ｗ，效率为71.4％。观测NE555产生的PWM 波形和NUD4001的输出波形如图4所示。图中，上面的波形为NE555产生的PWM波，下面的为NUD4001输出给LED的电压波形图。从图中看出，当PWM为高电平时，NUD4001的第４引脚接地，NUD4001正常工作；当PWM 为低电平时，NUD4001的GND端相当于悬空，不输出电流，与前面的分析一致。

图4WPM 信号波形和NUD4001输出波形

4、结语

重点介绍了基于NUD4001芯片的LED线性驱动电路设计。用TIP32功率三极管放大LED的驱动电流，用NE555芯片产生PWM 调光信号。对电路参数进行了测量，结果表明LED的平均驱动电流与PWM信号的占空比呈现很好的线性关系。与开关型驱动电路相比，LED线性

驱动电路在效率上不具备优势，但线性驱动的噪声和纹波电流更小，电路所用的元器件也更少，电路结构更简单，体积更小，成本更低。该电路经过适当改进，可适用于需要结构紧凑、对干扰噪声要求严格、低成本及手持设备等场合。

LED灯驱动器电路原理图

一个用于2并5串（5S2P）组合的AR111 LED灯的驱动器电路原理图。MAX16819工作在buck-boost模式，电路工作电压为12VAC,能够为每串LED提供平均500mA驱动电流。本电路以MAX16819为主控制器，可驱动总共10只LED-2串并联、每串5只LED.输入电压为12VAC、容差±10%.肖特基二极管D1至D4构成全波整流电路，电容C1至C8用于电压滤波。根据对LED闪烁的要求，可以去掉一些滤波电容以降低成本。这些电容中包含一个钽电容，具有较好的温度特性。 

　　由于LED按照5S2P排列，不可能达到完全匹配的电流。假设LED灯具有良好的匹配度，使电流差异降至最小。控制每串LED的数量及混合架构的灯管数量，有助于减轻电流匹配度的影响。如下图所示。 

LED灯驱动电源使用注意事项

1、放弃4路以上输出，发展单路或两路输出，放弃大电流和超大电流，发展小电流。输出路数越多越复杂，不同出路之间的电流干扰解决起来成本很高，如不解决则故障率较高。另外输出路数越多则总输出电流也就越大，而电流是发热的主要原因，电压本身不直接导致发热，简单来说发热量与电流的平方成正比，也就是说电流增加到原来的2倍的话，发热量将增加到原来的4倍，电流增加到原来3倍，发热量将增加到原来9倍。综上所述，单路或两路输出的LED灯电源故障率会降低很多。

2、智能控制是LED灯具的优势之一，而电源是智能控制的关键。

智能控制在LED路灯和LED隧道灯照明应用上条件最成熟效果最明显，智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制，既满足应用要求，又实现巨大的节能效果，可以为公路主管单位节省大量经费。在隧道照明上的应用不但可以节能，还可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度，给司机提供一个视觉过度阶段，以保证驾驶安全。

3、放弃大功率、超大功率，选择较高稳定性的中小功率电源。

因为功率越大，发热量越大，里面的零部件也越紧凑，不利于散热，而温度正是电源发生故障的罪魁祸首。再者，小功率电源相对来说发展的较为成熟，稳定性和成本方面都有优势。其实很多大功率电源方案都没有经过时间验证及实践证明，都是匆匆上马的项目，都是实验性的产品，因此故障层出不穷。相比之下中小功率led内置驱动电源因发展较早，技术方案要成熟的多。

4、散热和防护是电源故障的主要外部因素。

不仅电源本身会发热，灯具也会发热，这两种热源如何合理的散发出去是灯具设计工程师必须考虑的问题，一定要防止热量的过度集中，形成热岛效应，影响电源寿命。采用分离式电源方案是一个好的选择。

5、维护的可行性。

电源的故障问题不可能完全避免，只有把电源的更换做的跟常规照明的光源的更换那么简便时，才能是用户用的开心，即便是电源坏了，心情也不会太差，而用户的心情好坏决定着tuv认证电源的命运。

6、防护性能。

牛宝电源指出防护问题也很重要，水分的渗透可能引起电源的短路，外壳上的沙尘会影响电源的散热，暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化，从实际使用中的经验来看，旋转接线插头的故障率较高，多数为漏水造成故障。

7、模块化设计。

模块化设计已经成为当今的潮流，必须在模块电源一体化上想办法，，如果电源能用插拔的方式解决维护问题，一定会受到用户的欢迎，同时还需建立接口标准化，让不同厂家的美规ul认证电源能够通用。